注册测绘师培训大地测量2011年1.ppt

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1、1,国家注册测绘师考试 培训教程 第一篇 大 地 测 量,武汉大学测绘学院,2,前 言,注册测绘师资格考试大纲： 是注册测绘师资格考试的国家标准 是考试命题的依据 是应试人员的必备指南 其内容和范围体现了注册测绘师运用所学专业知识，完成测绘工作的基本能力 考试科目分为三个科目： 测绘管理与法律法规 测绘综合能力 测绘案例分析,3,【第一科目：测绘管理与法律法规考试目的】,考察测绘专业技术人员在测绘项目的管理中，运用法律法规、技术规范、技术标准解决实际问题的能力。,4,【第二科目：测绘综合能力考试目的】,考察测绘专业技术人员运用测绘专业技术理论，分析、判断和解决测绘项目实施过程中专业技术问题的能

2、力，以及处理测绘专业之间综合性问题的能力。,前 言,5,【第三科目：测绘案例分析考试目的】,考察测绘专业技术人员运用测绘管理与法律法规、测绘综合能力科目在实务应用时体现的综合分析能力及实际执业能力。,前 言,6,1.根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。 【要点】： 大地测量控制网的等级、分类、观测技术（GPS,全站仪，水准仪）,技术方案设计。重点是：卫星定位控制网、高程控制网、似大地水准面精化,【大地测量考试基本要求解读】,前 言,全球定位系

3、统测量规范 GB/T 18314-2009,7,全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009,8,全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009,9,2.根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求的点(站)址，并建造适合该区域的测量标志。 【要点】： 选点：根据不同测量方法与手段，掌握选点准备、选点基本要求以及选点作业过程。,【大地测量考试基本要求解读】,前 言,10,11,【大地测量考试基本要求解读】 3.根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，获得

4、合格的观测成果。 【要点】： 1）项目实施方案； 2）外业观测计划（时间安排、仪器安排、人员安排）； 3）掌握“点连接”、“边连接”、“同步环”、“异步环” 等概念。,前 言,12,4.根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。 【要点】： 1）掌握不同观测方法的数据处理软件； 2）掌握导线网、水准网、GPS网平差原理和方法； 3） 限差规定,【大地测量考试基本要求解读】,前 言,13,【大地测量考试基本要求解读】 5.根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似大地水准面(或高程异常模型)的精化工作，完成卫星定位三维控制网

5、的建设。 【要点】： 1）熟悉似大地水准面精化的意义与目的； 2）熟悉似大地水准面精化的实施步骤和实现方法； 3）熟悉似大地水准面精化所用的资料。,前 言,14,【大地测量考试基本要求解读】,6.根据作业区域的坐标系统情况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关系。 【要点】： 1）熟练掌握测量坐标系的定义（空间直角坐标、大地坐标、站心坐标、高斯平面直角坐标、城市独立坐标以及施工坐标）； 2）熟练掌握1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000坐标系的相关内容； 3）熟练掌握不同坐标系之间转换的实现方法（空间三维坐标转换、二维平面坐标转换）。,前 言,15,

6、【大地测量考试基本要求关键点】 1 大地测量控制网技术设计 2 选点、埋石 3 实施方案，外业观测 4 数据处理 5 似大地水准面精化 6 坐标系及其转换,前 言,16,第一部分 绪 论,17,指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，研究定位技术和方法，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。,大地测量学的定义,绪 论,18,绪 论, 主要任务 建立国家大地控制网(一等、二等、三等、四等大地控制网) 主要作用 （1）为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度的平面控制和高程控制； （2）为空间科学技术和军事用途提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力资料；

7、（3）为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等科学问题提供资料。,19,测量技术 三角测量 天文测量 导线测量 重力测量 惯性测量 水准测量 卫星大地测量（GPS,VLBI),绪 论,20,第二部分 大地测量系统与参考框架,21,坐标系统与参考框架,大地测量系统与参考框架的描述 大地测量系统： 规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式（理论、模型与方法）。 大地测量参考框架： 通过大地测量手段，按大地测量系统规定的模式，构建的固定在地面上的点所构成的大地网，是大地测量系统的具体实现。 大地测量系统是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。,22,大地测量系统： 坐标系统

8、 高程系统 重力参考系统,大地测量参考框架： 坐标参考框架 高程参考框架 重力参考框架,坐标系统与参考框架,23,定义： 原点：位于参考椭球体中心 Z 轴：椭球的旋转轴，与地球的自转轴平行 X 轴：指向大地子午面与赤道面的交点 Y 轴：与X和Z轴正交，构成右手坐标系。,1）参心坐标系统,2. 1 坐标系统与坐标参考框架,1 坐标系统,坐标系统与参考框架,24,参心坐标系的建立： 建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作： 选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率) 确定椭球中心的位置(椭球定位) 确定椭球短轴的指向(椭球定向) 建立大地原点,坐标系统与参考框架,25,大地原点也叫大地基准点或大地

9、起算点，参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志.,大地原点和大地起算数据,坐标系统与参考框架,26,1954年北京坐标系 1954年北京坐标系可认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球称为克拉索夫斯基椭球。 1954年北京坐标系的缺限: 椭球参数有较大误差。 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。 定向不明确 。,坐标系统与参考框架,27,1980西安坐标系,采用1975年国际大地测量与地球物理联合会IUGG第

10、16届大会上推荐的4个椭球基本参数： 长半径 a=6378140m 地心引力常数 GM=3.986 0051014 m3/s2 重力场二阶带球谐系数J2 =1.082 6310-8 自转角速度 =7.292 11510-5 rad/s 在1954年北京坐标系基础上建立起来的。 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。,定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 的方向 大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处的泾阳县永 乐镇，简称西安原点。 大地高程基准采用1956年黄海高程系 。,坐标系统与参考框架,28,地心坐标系统满足以下四个条件： 原点位于整个地球质心（包括海洋

11、和大气）。 尺度是相对论意义下某一局部地球框架内的尺度。 定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线，称为地球的定向参数EOP。 定向随时间的演变满足地壳无整体的约束条件。 通俗化的定义： 原点位于地球质心 Z轴与X轴的定向某一历元的EOP参数确定 Y轴与X、Z轴正交，构成空间右手坐标系,2）地心坐标系统,坐标系统与参考框架,29,1）参心坐标参考框架 传统测量坐标框架是由天文大地网来实现的，一般定义在参心坐标系中，是一种区域、二维、静态的地球参考框架。 20世纪5080年代，我国建立了： 1954北京参心坐标参考框架； 1980西安参心坐标参考框架。,2. 坐标参考框架,坐标系统与参

12、考框架,30,2）地心坐标参考框架,（1)国际地球参考框架ITRF, ITRF是ITRS 的具体实现,是由IERS中心局IERS CB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间大地测量技术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度 自1988年起，IERS已经发布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、 ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005等全球参考框架。,坐标系统与参考框架,31, ITRF是通过框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。 目前ITRF是全球公认的应用最广泛、精度最

13、高的地心坐标框架。,坐标系统与参考框架,32,33,（2) WGS84世界大地坐标系,WGS84的全称是World Geodetic System 1984，即世界大地坐标系-1984，它是一个地心地固坐标系统，是GPS使用的坐标系。 WGS84坐标系的几何意义是：坐标系的原点位于地球质心，z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右手规则确定。,坐标系统与参考框架,34,WGS84分别在1994、1996、2002年进行更新，得到WGS84(G730)、 WGS84(G873)、WGS84(G1150) 更新后

14、的WGS84(G1150)的站坐标与ITRF2000框架的站坐标差异为几个厘米。,35,国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系2000国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000。 用810年的时间，完成现行国家大地坐标系向2000国家大地坐标系的过渡和转换。,（3）CGCS2000坐标系,坐标系统与参考框架,ITRF97(2000.0),36,我国于2004年完成“2000国家GPS控制网”计算。该网包含: 国家测绘局布设的高精度GPS A、B级网； 总参测绘局布设的GPS 一、二级网； 国家地震

15、局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网络的基准网、基本网和区域网。 2000国家GPS网共有28个连续运行参考站，2500多个GPS网点组成，将数据统一归算到ITRF97(2000.0)，是我国新一代的地心坐标参考框架.,坐标系统与参考框架,37, 参考框架和历元的统一, 2000网的参考框架ITRF97 参考历元为 2000.0,长半轴 a =6378137.0 m 地球含大气层引力常数 GM=3986004.418108m3s-2 地球的动力形状因子 J2 = 1.082629832258 地球自转角速度 =7292115.010-11rad s-1, 参考椭球4个

16、基本常数,坐标系统与参考框架,38,地壳运动观测网络基准网,39,GPS大地控制网概况,我国先后建成四个较大规模的GPS大地网,一、二级网,A、B级网,形变监测网,地壳运动观测网络,框架：ITRF96 历元：1997.0 精度约为：3*10-8,框架：ITRF93 历元：1996.365 精度约为：10-7,框架：ITRF96 历元： 1996.582 精度约为：10-8,框架：ITRF96 历元：1998.680 精度优于2mm,40,2000中国GPS大地网,41,几种常用的参考椭球参数,坐标系统与参考框架,42,2. 2 高程系统与高程框架 高程基准 区域性高程基准可以由验潮站的长期平均

17、海水面来确定，通常定义该平均海水面的高程为零。平均海水面通常作为高程基准面 在地面上预先设置一固定点（组），利用精密水准测量联测固定点与该平均海水面的高差，从而确定该固定点（组)的海拔高程。该固定点称为水准原点。水准原点的高程就是区域性水准测量的起算点。,国家高程基准： 黄海平均海水面 1987年以前, “1956年黄海高程系”水准原点高程为72.289m 1988年1月1日起, “1985国家高程基准” 水准原点的高程为72.260.,高程系统与高程框架,43,在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。,大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点

18、的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。,正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离。,正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。,高程系统,国家高程系统: 正常高高程系统,高程系统与高程框架,44,2. 3 重力参考系统与重力测量框架,重力基准和参考系统 重力基准是标定一个国家或地区重力值的标准。20世纪70年代以前我国采用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。80

19、年我国重力基准采用经国际比对的高精度相对重力仪自行测定，参考系统是IAG-75椭球常数。21世纪初，我国采用高精度绝对和相对重力仪测定我国新的重力基准，目前重力基准的参考系统采用GRS80椭球常数。,重力系统与重力框架,45, 重力测量参考框架 由分布在我国各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力网，以及用做相对重力尺度标准的若干重力长短基线构成。 重力测量参考框架的现状 名称：2000国家重力基本网（简称2000网） 建成年代：1999年至2002年 网的组成：包括21个重力基准点和126个重力基本点和基本点引点112个，长基线网1个，重力仪格值标定场8处。 作用：确定我国重力加速度数值的

20、参考框架，新的重力测量基准,重力系统与重力框架,46,第三部分 测量坐标系及其坐标转换,测量坐标系,47,（1）按坐标原点的不同分类： 地心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系） 参心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系 ） 站心坐标系统（站心直角坐标系 、站心极坐标系 ） 平面坐标系统（高斯平面坐标系、施工平面坐标系）,3.1 测量常用坐标系,测量坐标系,1 ）测量常用坐标系分类,48,（2）按坐标的维数不同分类： 二维坐标： 54北京坐标 80西安大地坐标 城市独立坐标 系 施工平面坐标系 三维坐标： 地心坐标（ITRF、CGCS2000) 站心坐标,测量坐标系,49,空间直角坐标系 坐标

21、系原点位于参考椭球的中心,Z轴指向参考椭球的北极, X轴指向起始子午面与赤道的交点,Y轴位于赤道面上,且按右手系与X轴呈90夹角.某点在空间中坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示.,测量坐标系,2）测量常用坐标系,50,空间大地坐标系 采用大地经度（L）、大地纬度（B）和大地高（H）来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。,测量坐标系,51,站心坐标系 以测站为原点，测站上的法线(垂线)为Z轴方向的坐标系就称为法线(或垂线)站心坐标

22、系。,测量坐标系,52,高斯平面直角坐标系 平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，如UTM投影、Lambert投影等，在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。,高斯平面直角坐标系： 原点：中央子午线和赤道的交点； X轴：中央子午线的投影； Y轴：赤道的投影。,测量坐标系,53,高斯投影必须满足以下以下条件： (1)中央子午线投影后为直线,且为投影点的对称轴； (2)中央子午线投影后长度不变； (3)投影具有正形性质(长度比与方位角无关) 。,测量坐标系,54,想象有一个椭圆柱面横

23、套在地球椭球体外面，并与某一条子午线(此子午线称为中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面 。,高斯投影的描述,测量坐标系,55,6带: 自0子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号1，2，3，60。我国6带中央子午线的经度，由73起每隔6而至135，共计11带，带号用n表示，中央子午线的经度用表示。 带号及中央子午线经度的关系： ,3带: 自东经1.5子午线起，每隔3设立一个投影带， 依次编号为1，2，3， ， 120带；中央子午线经度依次为3, 6, 9, , 360。,

24、我国规定按经差6和3进行投影分带,测量坐标系,56,.5带或任意带: 工程测量控制网也可采用.5带或任意带，但为了测量成果的通用，需同国家6或3带相联系。,n=L/3(四舍五入) 3,带号及中央子午线经度的关系：,国家统一坐标,在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值(在赤道上)约为330km。为了避免出现负的横坐标，规定在横坐标上加上500 000m。此外还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标。,例如： Y=19 123 456.789m 该点位在19带内，横坐标的真值：首先去掉带号，再减去 500 000m，最后得 y = -376 543.211(m)。,测量坐标系,57,建立原

25、则要求边长投影变形满足： 高程归化改正将地面上观测的长度元素归算到参考椭球面上而产生的改正。 高斯投影改正将参考椭球面上的长度经高斯投影归算到高斯平面上而产生的改正，,城市独立坐标系,测量坐标系,58,确定坐标系的原则 a)按面积大小来确定是否采用高斯平面坐标系； b)按长度变形值来决定是否采用国家3度带高斯平面直角坐标系； 如果不考虑边长的归化改正，仅考虑边长的投影改正，城市控制网要求长度变形小于1/40000，相当于离中央子午线小于45km。否则，就不能采用3带坐标。,总变形：,测量坐标系,59,总变形,3）同时改变,和,1）改变,：任意带坐标系，确定中央子午线位置,2）改变,：抵偿坐标系

26、，确定高程抵偿面的高程。,：确定高程抵偿面的高程与中央子午线。,减小投影变形的方法,确定平面坐标系的三大要素,投影面的高程； 中央子午线的经度； 起始点坐标和起始方位角。,测量坐标系,60,坐标系换算,平面坐标系统间的相互转换实际上是一种二维转换。一般而言，两平面坐标系统间包含四个原始转换因子，即两个平移因子、一个旋转因子和一个尺度因子。, 先旋转、再平移、最后统一尺度,3.2 坐标系换算,（1）二维平面直角坐标变换,1）二维坐标变换,61, 先旋转、再统一尺度、最后平移, 先平移、再旋转、最后变换尺度,坐标系换算,62,（2）大地坐标（B，L）计算高斯平面直角坐标（x，y）,坐标系换算,（高

27、斯投影正算）,63,（3）高斯平面直角坐标（x，y）计算大地坐标（B，L）,坐标系换算,（高斯投影反算）,64,不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的转换方法有很多，其中，最为常用的有布尔沙模型，又称为七参数转换法(3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数 )。,（1）三维空间直角坐标的相互转换,2）三维坐标的相互转换,坐标系换算,65,(2）空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换,BLHXYZ,坐标系换算,66,XYZ BLH,坐标系换算,67,(3）ITRF参考框架及其相互转换,自1988年起，IERS已经发布了ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97 、ITRF2000、 ITRF2005等全球坐标参考框架。 一个地球参考框架的定义，是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。,坐标系换算,